Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. Estos, a su vez, están formados por una base nitrogenada, una pentosa y un ácido fosfórico.
Bases Nitrogenadas
Las bases nitrogenadas son compuestos heterocíclicos con átomos de nitrógeno en el anillo y con carácter básico. Las bases presentes en los nucleótidos son de dos tipos:
- Bases púricas (purinas): Adenina (A) y Guanina (G), derivadas del núcleo de la purina.
- Bases pirimidínicas (pirimidinas): Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U), derivadas del núcleo de la pirimidina.
Pentosas
Las pentosas son monosacáridos de 5 átomos de carbono. En los nucleótidos aparecen dos posibles aldopentosas: ribosa y desoxirribosa.
Nucleósidos
Los nucleósidos están compuestos por la unión de una pentosa y una base nitrogenada mediante un enlace N-glucosídico:
[Pentosa + Base nitrogenada ↔ Nucleósido + H2O]
El compuesto resultante se nombra con el nombre de la base nitrogenada seguido de ‘-osina’ si es púrica o ‘-idina’ si es pirimidínica. Si la pentosa presente es la desoxirribosa, se le añade el prefijo ‘desoxi-‘.
Nucleótidos
Los nucleótidos resultan de la unión de un nucleósido con el ácido fosfórico mediante un enlace éster, en el grupo alcohol del carbono 5′ de la pentosa. Los nucleótidos pueden tener una, dos o tres moléculas de ácido fosfórico. Los que tienen solo una, su función es formar parte de los ácidos nucleicos, que realizan funciones biológicas de gran interés.
Los nucleótidos en su forma trifosfato sirven de sustrato para la síntesis de los ácidos nucleicos. Aparte, existen nucleótidos que actúan como intermediarios en reacciones químicas en el metabolismo celular.
Fosfatos de Adenosina
Los fosfatos de adenosina (ATP, ADP, AMP y AMP cíclico) actúan como intermediarios en reacciones metabólicas en las que se consume o se libera energía, ya que los enlaces fosfato de los nucleótidos acumulan energía química que puede transferirse a otra sustancia cuando se hidroliza.
Fórmulas:
ATP + H2O ↔ ADP + Pi + Energía
ADP + H2O ↔ AMP + Pi + Energía
De igual manera, la energía desprendida se puede utilizar para invertir el proceso en muchas reacciones químicas y procesos fisiológicos.
Estructura de los Ácidos Nucleicos
Los nucleótidos se unen formando largas cadenas mediante enlaces fosfodiéster. El fosfato une al carbono 5′ de la pentosa y también por un enlace éster al carbono 3′ de la pentosa del nucleótido siguiente. De esta manera, queda una cadena formada por pentosas y fosfatos, en cuyo lateral se sitúan las bases nitrogenadas, unidas al carbono 1′ de la pentosa.
Podemos encontrar dos tipos de ácidos nucleicos diferenciados por su pentosa:
- Si la pentosa es ribosa, se forman los polirribonucleótidos, que dan lugar a los distintos tipos de ácidos ribonucleicos (ARN).
- Si la pentosa es la desoxirribosa, se forman polidesoxirribonucleótidos, que dan lugar al ácido desoxirribonucleico (ADN).
Estructura del ADN
La estructura del ADN está constituida por dos cadenas polinucleotídicas, arrolladas alrededor de un eje imaginario, formando una doble hélice con sentido dextrógiro. Las dos cadenas son antiparalelas, una tiene sentido de 5′ a 3′ y la otra de 3′ a 5′, siendo 3′ el carbono libre de la primera pentosa y 5′ el carbono libre de la última pentosa.
Las bases nitrogenadas se disponen en el interior y en planos perpendiculares al eje de la doble hélice y se unen mediante puentes de hidrógeno. En la parte externa se encuentran las pentosas unidas a los grupos fosfatos.
En la doble cadena se distingue un surco mayor y uno menor. La mayor capacidad informativa se encuentra en el surco mayor como consecuencia de la mayor variabilidad de los grupos químicos que presenta.
Surco Mayor
En el surco mayor, los grupos químicos presentes especifican la identidad del par de bases, pudiendo distinguir hasta los pares de bases A-T de los T-A, permitiendo así que las proteínas reconozcan sin equivocación las secuencias de ADN sin tener que abrir la doble hélice.
Implicaciones Genéticas del Modelo de Estructura Secundaria del ADN
- El material genético debe ser lineal y aperiódico; el ADN cumple esa condición.
- El apareamiento de bases sugiere un modelo para la replicación del mismo de forma que las dos moléculas hijas son idénticas a la parental.
- La reactividad de las bases y la estructura general del ADN explican perfectamente la acción de los mutágenos químicos.
- La tautomería de las bases explica en partes las tasas de mutación espontáneas.
En condiciones de alta salinidad o deshidratación se puede encontrar la forma ADN-A, más compacta y con un diámetro algo mayor. Otra forma es el ADN-Z que se ha encontrado en células muy deshidratadas y solo contienen pares citosina-guanina. Algunos virus presentan ADN monocatenario como material genético.
En la célula eucariota, el ADN se encuentra formando dos estructuras diferentes según la célula esté en interfase o mitosis. Cuando está en interfase adopta la disposición de cromatina, mientras que en la división se condensa formando cromosomas.
Tipos de ARN
ARNm (ARN mensajero)
Copia complementaria de un fragmento de ADN. Es un fragmento monocatenario sin arrollar (pueden formarse horquillas cuando hay fragmentos complementarios en lugares próximos a la terminación del mensaje), tienen un elevado peso molecular.
ARNr (ARN ribosómico)
Formado por cadenas largas que presentan numerosos plegamientos y regiones de apareamiento. El ARNr se une específicamente a proteínas para formar su estructura.
ARNt (ARN de transferencia)
De las moléculas más pequeñas de ADN, y adopta una forma de trébol, que determinan 4 regiones diferentes, 2 comunes a todos ellos:
- Brazo aceptor: Por cuyo extremo se unen los aminoácidos correspondientes.
- Brazo genético: Secuencia de 3 bases, complementarias a las que forman el ARNm, que determinan el aminoácido que se va a insertar en la proteína.
Edición del ARN
En ciertos casos, se han observado diferencias notables entre el transcrito primario y el ARNm a traducir. Esas diferencias son debidas a procesos de »edición». Dicha edición puede realizarse de dos modos:
- Una o varias bases pueden haber sido cambiadas por otras, lo cual altera el mensaje por cambios en los codones individuales.
- Puede haber habido una inserción o eliminación de uno o varios nucleótidos, lo cual conduce a cambios en el marco de lectura del mensajero.
Flujo Genético
Los ácidos nucleicos constituyen lo que se llama el flujo genético.
Desnaturalización e Hibridación
La desnaturalización es la separación de las dos hebras por la rotura de los puentes de hidrógeno.
La hibridación consiste en que dos cadenas pueden volver a unirse cuando desciende la temperatura al valor adecuado. Si se desnaturalizan cadenas de ADN de distinta procedencia, se pueden obtener moléculas híbridas cuando se enfríe la solución, más o menos estables en función de cuántas regiones complementarias carguen en sus cadenas.
Cromosomas y Función de los Ácidos Nucleicos
La molécula de ADN forma los cromosomas, estructuras que contienen la información genética. Esta información reside en la secuencia de bases y está »escrita» en un lenguaje de 4 letras: A, C, T, G.
La función de los ácidos nucleicos es la expresión de la información. El ADN nunca sale del núcleo de las células, su expresión culmina en la síntesis de proteínas, realizándose en los ribosomas del citoplasma. Tiene que haber una estructura que lleve los mensajes contenidos en el ADN hasta los ribosomas, donde deben ser traducidos. Estas moléculas son los ARN mensajeros, que se forman a partir de una secuencia de ADN en la transcripción por la complementariedad de las bases. Los mensajes suelen ser muy largos y con palabras que se componen de 3 letras cada una. Cada 3 letras de una cadena de ARNm se corresponden con un aminoácido de una proteína. El proceso de síntesis de una proteína a partir de ARNm se llama traducción. Así pues, a partir de la secuencia de nucleótidos de un gen se fabrica una proteína.
Los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos, timina en el ADN y uracilo en el ARN. Las proteínas están formadas por la combinación de 20 aminoácidos.
Secuencia Consenso
Una Secuencia Consenso especifica cuáles son los elementos comunes a las secuencias encontradas en distintas situaciones para una misma función. La mera existencia de ese consenso, es decir, la presencia sistemática de esos elementos comunes, es informativa porque nos indica que son importantes para la función.
Ejemplo: Un ejemplo es la secuencia Shine-Dalgarno, que es una secuencia de ARN mensajero propia de los transcritos de procariotas. Se trata de una secuencia situada unos 6 o 7 nucleótidos antes del codón de inicio de la traducción, y regula la iniciación de esta. Su secuencia consenso es »AGG-AGG».
Factor de Transcripción
Un Factor de Transcripción es una proteína que participa en la regulación de la transcripción del ADN, pero que no forma parte del ARN polimerasa. Los factores de transcripción pueden actuar reconociendo y uniéndose a secuencias concretas de ADN, uniéndose a otros factores, o uniéndose directamente a la ARN polimerasa.